JP4258124B2

JP4258124B2 - Optical fiber high pressure insulator

Info

Publication number: JP4258124B2
Application number: JP2000552531A
Authority: JP
Inventors: レナード・エイ・ジョンソン
Original assignee: 3M Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1998-06-01
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: EP1084436B1; US6215940B1; AU1078199A; WO1999063377A1; CA2332525C; DE69804869D1; CA2332525A1; ES2172231T3; EP1084436A1; DE69804869T2; JP2002517772A

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、光ファイバに関し、特に、高圧電力導体など、高圧電気設備と接触して、またはそれに近接して設置される光ファイバに関する。
【０００２】
架空高圧導体上への光ファイバの適用数は、光ファイバシステムの一般的な使用が高速で増加し続けると益々増大する速度で拡大する。高圧用途は、一般に、電気的ネットワークの動作状態を監視するためにそのネットワークに設置される電流、電圧および温度センサなどの光ファイバ素子と関連している。さらに、光ファイバケーブルは、しばしば高圧導体に取り付けられ、長距離の音声、映像およびデータ通信に使用される。
【０００３】
光ファイバは本来良好な誘電体材料であるが、それらは尚も、光ファイバシステムが電気的に接地された光電子信号処理設備に接続される全ての転移点において正規の予防処置がとられない場合、それらが設置される高圧電力システムの集結度に対する脅威となる。光ファイバシステムが高圧電位から接地電位まで及ぶ場合に遭遇する特定の問題は、誘電トラッキングである。誘電トラッキングは、絶縁材料の表面上を流れる漏電電流が表面温度を、材料の崩壊が起こるレベルまで上昇させるときに起こる。誘電トラッキング問題は、雨、霧、塩水噴霧、埃および多数の産業汚染物などの環境条件で増大する。一旦、誘電トラッキングが始まると、それは、絶縁システムの絶縁耐力がそのシステムの絶縁破壊を起こすほど、通常、線路接地間せん絡によって、十分に減少するまで永続する傾向がある。
【０００４】
光ファイバに使用される被覆、バッファ、およびジャケットは、高圧用途に対する誘電トラッキング防止に関してほとんどまたは全く考慮せずに、主に、光ファイバの取り扱いおよび物理的性能特性を高めるために配合され、設計されている。故に、光ファイバを支持し、保護するように特に設計された碍子が高圧用途でも使用されなければならないことが必須となる。
【０００５】
高圧用途の碍子の第１の機能は、昇圧および汚染した条件下での線路接地間せん絡を防止するのに十分な拡大沿面漏れ長を有する耐誘電トラッキング表面を提供することであるが、適合しなければならない他の重要な性能基準もある。特に、高圧送電線路用途では、接地と高圧線路との間に１０〜２５フィートの距離があるのが普通である。光ファイバが正規に支持され、包含されて、高圧導体や光ファイバの環境により引き起こされる振動のために起こる過度な動きを防止することが、故に、重要となる。
【０００６】
高圧電力導体と共同しての光ファイバの使用は、従来技術で知られている。例えば、米国特許第４，７７２，０９０号は、光ファイバケーブルが接地電位を含む様々に異なる電位の設備を通過、または周辺を通って配線される配置構成を開示する。米国特許第４，７１７，２３７号は、光ファイバ用貫通穴を有するテンション碍子によって架空電線が機械的に支持構造体に固定される架空電気および光伝送システムを開示する。米国特許第５，１２４，６３４号は、光ファイバ配線管として碍子台を使用する光電流トランスデューサを開示する。
【０００７】
従来技術の碍子システムは、克服することが望ましい欠点を有する。特に、水分の侵入が、最終的に絶縁システムの故障を起こすというひどい問題がある。光ファイバと共に使用するように修正されている既存システムは、碍子の両端部における機械的封止機構に頼って、水分の侵入を防止する。このような機械的封止は、繰り返される熱サイクル後に故障しやすい。故に、機械的封止に頼らない絶縁システムを考案することが望ましい。さらに、従来技術の碍子は、典型的にセラミックまたは他の重量のある材料から製造されるので、ある状況ではそのような碍子を使用するのが難しくなる。さらに、従来技術の碍子を、異なる線路接地間距離など、異なる用途の構成に容易に適合できない。故に、異なる用途に容易に適合し、軽量でもある絶縁システムを提供することが望ましい。
【０００８】
発明の開示
本発明は、光ファイバと共に使用する、軽量で、異なる用途に容易に適合でき、繰り返される熱サイクルおよび長期間にわたって水分の侵入に耐える高圧碍子を提供する。この碍子は、少なくとも１本の光ファイバがその周りに巻かれる絶縁支持ロッドを含む。その光ファイバと支持ロッドとは、支持ロッドに対して光ファイバを圧迫するゴム弾性スカート状絶縁スリーブによって覆われる。シリコーンゲルなど、誘電性シーラントが、光ファイバに沿って分散されて、光ファイバ付近に生じるいかなるボイドも充填し、それによって碍子の内部表面間にボイドのない接合を提供する。光ファイバを覆うそのゴム弾性絶縁スリーブは、水分の侵入に対する弾性遮断壁を提供する。好適態様では、材料のゴム弾性層が支持ロッドと光ファイバとの間に提供されて光ファイバの付加的緩衝性を提供し、光ファイバ付近に生じる恐れのあるいかなるボイドのサイズも低減する。ゴム弾性絶縁材料は、好ましくはシリコーンである。碍子を、碍子の長さを単に変更するだけで様々に異なる電圧条件に容易に適合することができる。
【０００９】
碍子は、着氷、風荷重などの線路状態を監視するための「高性能」碍子を造るために追加的感知素子を組み込んでも良い。
【００１０】
好適な実施態様の説明
本発明の碍子システムは、高圧導体と電気的接地との間の光ファイバを保護し、支持するように設計される。碍子は、構造的に堅固な高圧導体または導体アセンブリへの高圧端と、構造的に安全な接地取付部への他端との、両極端部において固定されるように設計される。本発明の碍子は、自立構成で適用される場合に限定的荷重のみを支持するように構成される。碍子システム構成は、高級誘電性材料の中実ロッドのまわりに基礎が形成される。ロッドの外径は、組み込まれる光ファイバの長さおよび本数などの特定用途基準に合致するように変更できる。ロッドの長さは、主に、それが使用されるシステムの電圧レベルにより決まる。碍子システム構造の好適実施例を以下で説明する。
【００１１】
本発明の碍子システム１０の第１好適構造が図１に示される。碍子システム１０は、ガラスファイバまたはＰＶＣなど、適当な材料から形成された支持ロッド１２を含む。被覆されても未外被であっても良い光ファイバ１４は、支持ロッド１２の長さ方向にわたって巻数がほぼ１回以上から成るらせん状で支持ロッド１２の表面の周りに巻き付けられる。支持ロッド１２周りの光ファイバ１４の巻回数は、使用者の特定用途に適するように変更されても良いが、特に支持ロッド１２の全長に依存し、それは、完成した碍子システム１０の電圧条件によりまちまちである。支持ロッド１２周りに光ファイバ１４をらせん状に巻き付ける目的は、支持ロッド１２と光ファイバ１４との間に膨張または収縮の速度に差を生じさせる大きな温度変化の際に光ファイバ１４に加わる物理的力を最小限に抑えるためである。
【００１２】
碍子スリーブ１６は、支持ロッド１２と光ファイバ１４との上に適用される。碍子スリーブ１６は、好ましくは、ジメチルポリシロキサンなど、シリコーン材料から形成されるが、エチレン−プロピレンゴムなど、他の絶縁材料を使用することもできる。さらに、碍子スリーブ１６は、碍子システム１０の誘電性トラッキング長を増大させるためのスカート部１８を有することが好ましい。碍子スリーブ１６は、碍子スリーブ１６を拡張状態に保つ支持コア２０（図３に示された）を取り外すことによって支持ロッド１２と光ファイバ１４とに適用されるのが好ましい。支持コア２０が取り外されると、碍子スリーブ１６が支持ロッド１２と光ファイバ１４との上に収縮して光ファイバ１４を支持ロッド１２と碍子スリーブ１６との間で固定する。このような絶縁スリーブや支持コアは、当業界では周知されており、例えば、本発明の譲受人に譲渡された、Ｓｉｅｖｅｒｔの米国特許第３，５１５，７９８号に記述されており、それは引用によりここに含める。好適なスカート状碍子スリーブは、ミネソタ州、セントポールのＭｉｎｎｅｓｏｔａＭｉｎｉｎｇａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙ社から入手できるＱＴＭＣｏｌｄＳｈｒｉｎｋ^TMスカート状シリコーン碍子である。
【００１３】
碍子システム１０の内部境界の集結度が、繰り返される温度サイクルを通じて、高圧電気産業での製品の一般に予想される現場耐用年数である３０年にも及ぶ期間維持されることが重要である。高圧送電線路付近に見られるような高圧電界を受ける場合、微小な空気ボイドでさえ、イオン化し、最終的に、光ファイバ１４や誘電性絶縁システムそれ自体の故障となるコロナ放電を始める。故に、完全にボイドのない碍子システムを達成することが必要である。
【００１４】
図２ａおよび図２ｂに見られるように、碍子スリーブ１６が支持ロッド１２および光ファイバ１４上に適用されると、くさび状ボイド２２が光ファイバ１４の間近に形成される。ボイド２２の完全なボイドのない充填を達成するために採用される方法が、図３に例示される。ボイド２２は、支持ロッド１２と絶縁スリーブ１６との間にシールを形成するために十分な支持コア２０が取り除かれると直ちに、ＤｏｗＣｏｒｎｉｎｇＳｙｌｇａｒｄ＃５２７ＳｉｌｉｃｏｎｅＤｉｅｌｅｃｔｒｉｃＧｅｌなどの低粘度シーラント２４を、碍子スリーブ１６のコア内に注入することによって充填される。少量の貯蔵されたシーラント２４が、支持コア２０の端部と碍子スリーブ１６との間の転移部分内に維持されており、コア２０が取り除かれると、碍子スリーブ１６を支持ロッド１２上に収縮させる。シーラント２４は、支持コア２０が、図３の矢印Ａの方向に支持コア２０の自由端部２５を引っ張ることによって取り外されると、碍子スリーブ１６の「スキージ」作用によって光ファイバ１４に沿って間隙ボイド２２内に分散される。この作用は、支持コア２０が取り外されると貯蔵されたシーラント２４を連続的に進め、非常に効率的なシーラント２４の適用となる。ボイド２２を巧く充填するためには、シーラント２４が７５０ポアズ以下の粘度を有することが好ましく、最も好ましくは、約３００〜３５０センチポアズの粘度を有する。シーラント２４の粘度が高すぎる場合、それは均一にボイド２２を充填せず、これは最終的に碍子の初期故障に結びつく。支持コア２０が完全に取り外された後に得られる結果は、最も求められている高圧用途条件に適合する完全に封止したボイドのない碍子アセンブリケーブルとなる。
【００１５】
光ファイバ碍子システム１０’の第２の好適実施例が、図４ａ〜４ｂおよび図５に示される。碍子システム１０’は、支持ロッド１２が最初に連続長のゴム弾性管２６で覆われて光ファイバ１４に弾性基部を提供することを除いて、上述のものと同じである。光ファイバ１４はゴム弾性管２６上に適用され、上述され、図１〜３で示されたものと同じ技術を利用してゴム弾性管２６と碍子スリーブ１６との間で封止される。ゴム弾性管２６は、好ましくはシリコーンから形成されるが、代わりにエチレン−プロピレンゴムなどの他の絶縁材料から形成されても良い。図４ａおよび図４ｂで示された構成では、光ファイバ１４は、ボイドのないように封止され、２つのゴム弾性管２６、１６の間で緩衝される。碍子システム１０’の構成は、光ファイバ１４に加わる圧縮力があまり大きくない所望のボイドのない封止を提供する。これは、光ファイバ１４が、偏光または偏波保存光ファイバなど、外力に敏感であるタイプのものである場合、特に重要となる。絶縁システム１０’の構成は、光ファイバ１４付近により小さなボイド２２’を造るさらなる利点を有する。
【００１６】
図５は、碍子システム１０’が終端され、固定される様子を例示する、碍子システム１０’の端部の縦部分断面図を示す。（碍子システム１０が同様に終端されても良い）。図５に見られるように、支持ロッド１２は、ネジ山付き端子３０内に延在し、それは、順に高圧ネットワークの一部に、または接地された光電システムに固定される。保護バッファ管３２は、光ファイバ１４を内部端子３０から転移領域３４を通ってゴム弾性管２６上に導く。光ファイバ１４は、上述のように碍子スリーブ１６で覆われ、転移領域３４も、他の絶縁管で覆われる。絶縁管３６が、転移領域３４を覆うために適用されると、転移部分３６におけるバッファ管３２付近のいかなるボイドも、シーラント２４でボイドがないように充填される。転移部分３４におけるボイドを充填するために使用される方法は、図３を参照して上述された方法と同じである。
【００１７】
ここで説明した碍子システム１０、１０’は、既存の碍子システムよりも遙かに軽量で、設置費用がより低く、高圧電力線路への光ファイバ素子の設置を容易にするのに欠かせない設計柔軟性を提供する。本発明の碍子システムが有用となる特定用途は、高圧ネットワークの性能を監視するために使用される光感知および監視素子を備えている。新規の小型且つ軽量光センサは、センサの場所に電力線路を再配線するのではなく、既存の電力線路に感知素子を設置できるようにする。但し、既存電力線路に感知素子を設置すると、ここで開示されたように効果的絶縁および支持素子が必要となる。
【００１８】
どんな誘電性絶縁システム内への水分の侵入も、最終的にはそのシステムの故障の原因となる。光ファイバの用途のために修正されている既存の碍子システムは、碍子の両極端部における機械的封止機構に頼って水分の侵入を防ぐ。長期信頼性は、碍子がその動作寿命期間中に経験する多数回の熱サイクル中の機械的封止からの比較的小さな漏れによっても弱められる。光ファイバの全長にわたって連続してボイドのない接合を形成するために独特の方法で適用された誘電性充填材料に関連したゴム弾性碍子材料の上述の使用法は、ここで説明した実施例によって提供される唯一の利点である。本発明の碍子システム内で使用される材料の天然柔軟度およびレジリエンスは、機械的封止システムのみに頼る碍子に深刻で不利益な影響を及ぼし得る、熱サイクルや線路振動などの、条件への長期間にわたる暴露に対してシステムの集結度を確保する。
【００１９】
当業者は、ここで説明した基本構成に修正が行われて、他のタイプの革新的な碍子を提供するようにしても良いことは理解されよう。例えば、ここで説明した碍子システムは、それ自体がセンサシステムである碍子、すなわち、高性能碍子を製造する可能性をも提供する。例えば、着氷状態、風荷重、急速に動く導体および導体温度に対する高圧送電線路を監視することができる碍子は、支持ロッドに取り付けられた、光ファイバブラッグ回折格子など、光ひずみセンサ、線路接続クランプに取り付けられた温度センサ、および周囲温度を感知し、他のセンサに基準ソースを提供する第２温度センサしか必要ない。この構成で、支持ロッド上のひずみセンサが、取り付けられた導体の重量を測定する。着氷条件下では、その重量は次第に且つ連続的に比較的均一な速度で増大するが、風荷重および急速に動く導体は高速負荷変化を伴う循環的な荷重を生じさせることとなろう。
【００２０】
線路荷重条件の正確な測定を達成するために、線路上に作用する、先に記述された、他の要素により生じた変化から変動する温度条件によって生じたロッド内の変化を区別することができることが重要である。これを可能にする、ここで説明した、本発明の碍子システムの非常に独特な特徴は、同じアセンブリ内に非常に近接してひずみセンサと基準温度センサとを配置し、尚もそれらの２つのセンサ間の機械的隔絶を維持することができることである。図６に示されたこのシステムの構成は、光ひずみセンサ４０がロッド１２の長さ方向における全ての増分変化を検出することができるように、それを支持ロッド１２上に固定することを含む。上記実施例１０’で説明したように、連続押出ゴム弾性管２６が、次に、支持ロッド１２、光ファイバ１４およびひずみセンサ４０の上に配置される。ひずみセンサ４０と同様の光ファイバブラッグ回折格子など、光温度センサ４２が、ゴム弾性管２６の表面上に適用され、次に、外部碍子スリーブ１６で覆われる。これは、二つのゴム弾性層間で緩衝され、測定したひずみ要素から機械的に隔絶される温度基準を提供する。
【００２１】
本発明を、好適実施例を参考にしてここで特に示し、説明してきたが、形式上および詳細に様々な変更が、本発明の趣旨および範囲を逸脱することなくここで実施されても良いことは当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】新規の碍子の部分の、絶縁カバーの一部を除去した、立面図である。
【図２ａ】図１の線２−２についての新規の碍子の断面図である。
【図２ｂ】図２ａの円で囲まれた部分の拡大図である。
【図３】光ファイバ上へのシーラントおよび絶縁スリーブの適用を例示する部分断面立面図である。
【図４ａ】新規の碍子の代わりとなるべき実施例の断面図である。
【図４ｂ】図４ａの円で囲まれた部分の拡大図である。
【図５】図４ａおよび図４ｂの碍子の終端部を例示する部分断面立面図である。
【図６】碍子システム内へのひずみセンサおよび温度センサの組み込みを例示する部分断面立面図である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber, and more particularly to an optical fiber installed in contact with or close to a high-voltage electrical facility such as a high-voltage power conductor.
[0002]
The number of applications of optical fibers on overhead high voltage conductors expands at an increasing rate as the general use of optical fiber systems continues to increase at high speeds. High voltage applications are generally associated with fiber optic elements such as current, voltage and temperature sensors installed in the network to monitor the operational state of the electrical network. In addition, fiber optic cables are often attached to high voltage conductors and are used for long-distance audio, video and data communications.
[0003]
Optical fibers are inherently good dielectric materials, but they still fail to take proper preventive measures at all transition points where the optical fiber system is connected to an electrically grounded optoelectronic signal processing facility. , It becomes a threat to the concentration of the high-voltage power system in which they are installed. A particular problem encountered when fiber optic systems range from high voltage potential to ground potential is dielectric tracking. Dielectric tracking occurs when a leakage current that flows over the surface of the insulating material raises the surface temperature to a level at which material collapse occurs. Dielectric tracking problems increase with environmental conditions such as rain, fog, salt spray, dust and numerous industrial contaminants. Once dielectric tracking begins, it tends to persist until the dielectric strength of the insulation system is sufficiently reduced, usually by line grounding, to cause breakdown of the system.
[0004]
The coatings, buffers, and jackets used in optical fibers are formulated and designed primarily to enhance the handling and physical performance characteristics of optical fibers, with little or no consideration regarding dielectric tracking prevention for high pressure applications. ing. It is therefore essential that insulators specially designed to support and protect optical fibers must also be used in high pressure applications.
[0005]
The primary function of insulators for high voltage applications is to provide a dielectric resistant tracking surface with an expanded creepage leakage length sufficient to prevent line to ground interlaces under pressure and contamination conditions There are other important performance criteria that must be done. In particular, in high voltage transmission line applications, there is usually a distance of 10 to 25 feet between the ground and the high voltage line. It is therefore important that the optical fiber be properly supported and included to prevent excessive movement caused by vibrations caused by the high voltage conductors and the environment of the optical fiber.
[0006]
The use of optical fibers in conjunction with high voltage power conductors is known in the prior art. For example, U.S. Pat. No. 4,772,090 discloses an arrangement in which fiber optic cables are routed through equipment of different potentials, including ground potential, or routed around the perimeter. U.S. Pat. No. 4,717,237 discloses an aerial electrical and optical transmission system in which an aerial wire is mechanically fixed to a support structure by a tension insulator having a through hole for an optical fiber. U.S. Pat. No. 5,124,634 discloses a photocurrent transducer that uses an insulator as an optical fiber conduit.
[0007]
Prior art insulator systems have drawbacks that are desirable to overcome. In particular, there is a severe problem that moisture intrusion eventually causes the insulation system to fail. Existing systems that have been modified for use with optical fibers rely on mechanical sealing mechanisms at both ends of the insulator to prevent moisture ingress. Such mechanical sealing is prone to failure after repeated thermal cycles. Therefore, it is desirable to devise an insulation system that does not rely on mechanical sealing. In addition, since prior art insulators are typically manufactured from ceramic or other heavy material, it is difficult to use such insulators in certain situations. Furthermore, the insulators of the prior art cannot be easily adapted to different application configurations, such as different line ground distances. It is therefore desirable to provide an insulation system that is easily adapted to different applications and that is also lightweight.
[0008]
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a high pressure insulator for use with optical fibers that is lightweight, easily adaptable to different applications, and withstands repeated thermal cycling and moisture ingress over long periods of time. The insulator includes an insulating support rod around which at least one optical fiber is wound. The optical fiber and the support rod are covered with a rubber elastic skirt-like insulating sleeve that presses the optical fiber against the support rod. A dielectric sealant, such as silicone gel, is dispersed along the optical fiber to fill any voids that occur near the optical fiber, thereby providing a void-free bond between the inner surfaces of the insulator. The rubber elastic insulating sleeve covering the optical fiber provides an elastic barrier against moisture ingress. In a preferred embodiment, a rubber elastic layer of material is provided between the support rod and the optical fiber to provide additional cushioning of the optical fiber and reduce the size of any voids that can occur near the optical fiber. The rubber elastic insulating material is preferably silicone. The insulator can be easily adapted to different voltage conditions by simply changing the length of the insulator.
[0009]
The insulator may incorporate additional sensing elements to create a “high performance” insulator for monitoring track conditions such as icing and wind loads.
[0010]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The insulator system of the present invention is designed to protect and support an optical fiber between a high voltage conductor and electrical ground. The insulator is designed to be fixed at both extremes, a high voltage end to a structurally rigid high voltage conductor or conductor assembly and the other end to a structurally safe ground attachment. The insulator of the present invention is configured to support only limited loads when applied in a self-supporting configuration. The insulator system configuration is based on a solid rod of high-grade dielectric material. The outer diameter of the rod can be varied to meet specific application criteria such as the length and number of optical fibers incorporated. The length of the rod is mainly determined by the voltage level of the system in which it is used. A preferred embodiment of the insulator system structure is described below.
[0011]
A first preferred structure of the insulator system 10 of the present invention is shown in FIG. The insulator system 10 includes a support rod 12 formed from a suitable material, such as glass fiber or PVC. The optical fiber 14, which may be coated or uncoated, is wound around the surface of the support rod 12 in a spiral shape having approximately one or more turns over the length of the support rod 12. The number of turns of the optical fiber 14 around the support rod 12 may be changed to suit the user's specific application, but in particular depends on the total length of the support rod 12, which depends on the voltage conditions of the completed insulator system 10. It is a town. The purpose of spirally winding the optical fiber 14 around the support rod 12 is to physically apply the optical fiber 14 during large temperature changes that cause a difference in expansion or contraction speed between the support rod 12 and the optical fiber 14. This is to minimize the force.
[0012]
An insulator sleeve 16 is applied over the support rod 12 and the optical fiber 14. The insulator sleeve 16 is preferably formed from a silicone material, such as dimethylpolysiloxane, although other insulating materials, such as ethylene-propylene rubber, can also be used. Furthermore, the insulator sleeve 16 preferably has a skirt 18 for increasing the dielectric tracking length of the insulator system 10. The insulator sleeve 16 is preferably applied to the support rod 12 and the optical fiber 14 by removing the support core 20 (shown in FIG. 3) that keeps the insulator sleeve 16 in an expanded state. When the support core 20 is removed, the insulator sleeve 16 contracts on the support rod 12 and the optical fiber 14 to fix the optical fiber 14 between the support rod 12 and the insulator sleeve 16. Such insulating sleeves and support cores are well known in the art and are described, for example, in Sievert US Pat. No. 3,515,798, assigned to the assignee of the present invention, which is incorporated herein by reference. Include here. A suitable skirt-like insulator sleeve is the QTM ColdShrink ^™ skirt-like silicone insulator available from Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota.
[0013]
It is important that the concentration of the inner boundaries of the insulator system 10 be maintained through repeated temperature cycles for as long as 30 years, the generally expected field life of products in the high voltage electrical industry. When subjected to a high-voltage electric field such as that found near a high-voltage power transmission line, even minute air voids ionize and eventually begin corona discharges that cause failure of the optical fiber 14 and the dielectric insulation system itself. Therefore, it is necessary to achieve an insulator system that is completely void free.
[0014]
As can be seen in FIGS. 2 a and 2 b, when the insulator sleeve 16 is applied over the support rod 12 and the optical fiber 14, a wedge-shaped void 22 is formed close to the optical fiber 14. The method employed to achieve complete void-free filling of the void 22 is illustrated in FIG. As soon as sufficient support core 20 is removed to form a seal between support rod 12 and insulating sleeve 16, void 22 applies a low viscosity sealant 24 such as Dow Corning Sylgard # 527 Silicone Dielectric Gel to the insulator sleeve. Filled by injecting into 16 cores. A small amount of stored sealant 24 is maintained in the transition between the end of the support core 20 and the insulator sleeve 16 and retracts the insulator sleeve 16 onto the support rod 12 when the core 20 is removed. . When the support core 20 is removed by pulling the free end 25 of the support core 20 in the direction of arrow A in FIG. 3, the sealant 24 is spaced along the optical fiber 14 by the “squeegee” action of the insulator sleeve 16. 22 is distributed. This action continuously advances the stored sealant 24 when the support core 20 is removed, resulting in a very efficient application of the sealant 24. In order to successfully fill the void 22, the sealant 24 preferably has a viscosity of 750 poise or less, and most preferably has a viscosity of about 300 to 350 centipoise. If the viscosity of the sealant 24 is too high, it will not uniformly fill the void 22, which will ultimately lead to an initial failure of the insulator. The result obtained after the support core 20 has been completely removed is a fully sealed voidless insulator assembly cable that meets the most sought-after high pressure application requirements.
[0015]
A second preferred embodiment of the fiber optic insulator system 10 'is shown in FIGS. 4a-4b and FIG. The insulator system 10 ′ is the same as described above, except that the support rod 12 is first covered with a continuous length of rubber elastic tube 26 to provide an elastic base for the optical fiber 14. The optical fiber 14 is applied over the rubber elastic tube 26 and sealed between the rubber elastic tube 26 and the insulator sleeve 16 using the same technique described above and shown in FIGS. The rubber elastic tube 26 is preferably formed from silicone, but may alternatively be formed from other insulating materials such as ethylene-propylene rubber. In the configuration shown in FIGS. 4 a and 4 b, the optical fiber 14 is sealed free of voids and buffered between the two rubber elastic tubes 26, 16. The configuration of the insulator system 10 ′ provides a desired void-free seal where the compressive force applied to the optical fiber 14 is not too great. This is particularly important when the optical fiber 14 is of a type that is sensitive to external forces, such as polarization or polarization maintaining optical fiber. The configuration of the insulation system 10 ′ has the additional advantage of creating a smaller void 22 ′ near the optical fiber 14.
[0016]
FIG. 5 shows a longitudinal partial cross-sectional view of the end of the insulator system 10 ′ illustrating how the insulator system 10 ′ is terminated and secured. (The insulator system 10 may be similarly terminated). As can be seen in FIG. 5, the support rod 12 extends into a threaded terminal 30 that is in turn secured to a part of the high voltage network or to a grounded photoelectric system. The protective buffer tube 32 guides the optical fiber 14 from the internal terminal 30 through the transition region 34 onto the rubber elastic tube 26. The optical fiber 14 is covered with the insulator sleeve 16 as described above, and the transition region 34 is also covered with another insulating tube. When the insulating tube 36 is applied to cover the transition region 34, any voids near the buffer tube 32 in the transition portion 36 are filled with the sealant 24 so that there are no voids. The method used to fill the voids in the transition portion 34 is the same as described above with reference to FIG.
[0017]
The insulator systems 10 and 10 'described here are much lighter than existing insulator systems, have lower installation costs, and are essential for facilitating the installation of optical fiber elements on high voltage power lines. Provide flexibility. A particular application in which the insulator system of the present invention is useful comprises a light sensing and monitoring element that is used to monitor the performance of a high voltage network. The new small and light optical sensor allows a sensing element to be installed on an existing power line rather than rewiring the power line at the sensor location. However, if a sensing element is installed on an existing power line, effective insulation and support elements are required as disclosed herein.
[0018]
Moisture intrusion into any dielectric insulation system will ultimately cause the system to fail. Existing insulator systems that have been modified for fiber optic applications rely on mechanical sealing mechanisms at the extremes of the insulator to prevent moisture ingress. Long-term reliability is also compromised by the relatively small leakage from the mechanical seal during the multiple thermal cycles that the insulator experiences during its operating life. The above-described use of a rubber-elastic insulator material in conjunction with a dielectric filler material applied in a unique manner to form a void-free joint continuously over the entire length of an optical fiber is provided by the embodiments described herein. Is the only advantage to be done. The natural flexibility and resilience of the materials used in the insulator system of the present invention is subject to conditions such as thermal cycling and line vibration that can have a serious and detrimental effect on insulators that rely solely on mechanical sealing systems. Ensure system integrity for long-term exposure.
[0019]
Those skilled in the art will appreciate that modifications may be made to the basic configuration described herein to provide other types of innovative insulators. For example, the insulator system described here also offers the possibility to manufacture insulators that are themselves sensor systems, ie high-performance insulators. For example, insulators that can monitor high voltage transmission lines for icing conditions, wind loads, rapidly moving conductors and conductor temperatures are optical strain sensors, line connection clamps, such as fiber optic Bragg gratings, attached to support rods Only a temperature sensor attached to the sensor and a second temperature sensor that senses ambient temperature and provides a reference source for other sensors. In this configuration, a strain sensor on the support rod measures the weight of the attached conductor. Under icing conditions, the weight will increase gradually and continuously at a relatively uniform speed, but wind loads and rapidly moving conductors will produce cyclic loads with high speed load changes.
[0020]
In order to achieve an accurate measurement of the line load conditions, it is possible to distinguish changes in the rod caused by temperature conditions that vary from the previously described changes caused by other factors acting on the line. is important. The very unique feature of the inventive insulator system described here that makes this possible is that the strain sensor and the reference temperature sensor are placed very close together in the same assembly, yet two of them The mechanical isolation between the sensors can be maintained. The configuration of this system shown in FIG. 6 includes securing it on the support rod 12 so that the optical strain sensor 40 can detect all incremental changes in the length of the rod 12. As described in Example 10 ′ above, the continuous extruded rubber elastic tube 26 is then placed over the support rod 12, the optical fiber 14, and the strain sensor 40. A light temperature sensor 42, such as a fiber optic Bragg grating similar to the strain sensor 40, is applied on the surface of the rubber elastic tube 26 and then covered with the outer insulator sleeve 16. This provides a temperature reference that is buffered between the two rubber elastic layers and mechanically isolated from the measured strain element.
[0021]
Although the invention has been particularly shown and described herein with reference to preferred embodiments, various changes in form and detail may be made herein without departing from the spirit and scope of the invention. Will be understood by those skilled in the art.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an elevational view of a new insulator part with a part of an insulating cover removed.
FIG. 2a is a cross-sectional view of the novel insulator taken along line 2-2 of FIG.
FIG. 2b is an enlarged view of a portion surrounded by a circle in FIG. 2a.
FIG. 3 is a partial cross-sectional elevation illustrating the application of a sealant and an insulating sleeve on an optical fiber.
FIG. 4a is a cross-sectional view of an embodiment to be substituted for a novel insulator.
4b is an enlarged view of a portion surrounded by a circle in FIG. 4a.
5 is a partial cross-sectional elevation view illustrating the terminal end of the insulator of FIGS. 4a and 4b. FIG.
FIG. 6 is a partial cross-sectional elevation view illustrating the incorporation of a strain sensor and a temperature sensor into an insulator system.

Claims

A high-pressure insulator used with an optical fiber,
An insulating support rod;
At least one optical fiber wrapped around the outer surface of the support rod;
A rubber elastic insulating outer sleeve covering the at least one optical fiber and the support rod and capable of contracting from an expanded state so as to press the at least one optical fiber against the support rod;
An insulating sealant material having a viscosity of 750 poise or less disposed adjacent to the optical fiber so as to fill a gap adjacent to the optical fiber between the support rod and the rubber elastic insulating outer sleeve;
The eggplant which comprises.

The insulator of claim 1 , wherein the insulating outer sleeve includes a skirt to increase the dielectric tracking length of the insulator.

The insulator according to claim 1 or 2 , further comprising an inner layer of a rubber elastic insulating material disposed between the support rod and the optical fiber.

The insulator according to claim 3 , further comprising a strain sensor proximate to the support rod and a temperature sensor disposed between the inner layer of insulating material and the insulating outer sleeve.

A method of forming a high pressure insulator for use with an optical fiber comprising:
Providing an insulating support rod;
Wrapping at least one optical fiber around the support rod;
Providing an insulating sealant material having a viscosity of 750 poise or less disposed adjacent to the optical fiber so as to fill a gap next to the optical fiber between the support rod and the rubber elastic insulating outer sleeve;
Applying a rubber-elastic outer sleeve over the optical fiber and the support rod that is capable of contracting from an expanded state to compress at least one optical fiber against the support rod;
Including a method.

6. The method of claim 5 , further comprising applying a sealant material near the optical fiber during application of the outer sleeve.

The method according to claim 5 or 6 , further comprising applying an inner rubber elastic layer on the support rod before wrapping at least one optical fiber around the support rod.

A high-pressure insulator used with an optical fiber,
An insulating support rod;
An inner layer of rubber elastic insulating material installed on the support rod;
At least one optical fiber wrapped around the outer surface of the inner layer of rubber elastic insulating material;
A rubber elastic insulating outer sleeve covering the at least one optical fiber and a support rod;
A strain sensor proximate to the support rod and a temperature sensor located between the inner layer of insulating material and the insulating outer sleeve;
The eggplant which comprises.